KR20040096100A - 누설전류 저감 기법을 이용한 다결정 실리콘 태양전지 및그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
다결정 실리콘 기판을 사용한 새로운 구조의 태양전지를 제작하여 기존의 단결정 규소 웨이퍼 보다 가격이 저렴하고 변환효율도 기존 단결정 태양전지에 근접할 수 있도록 한 누설전류 저감 기법을 이용한 다결정 실리콘 태양전지 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 본 발명은 다결정 실리콘 결정입계를 갖는 p-형 다결정 실리콘 기판을 식각한 후, 상기 기판의 전면 및 후면에 n-형 도핑층을 형성하고, 상기 기판의 전면에 형성된 n-형 도핑층 상단에는 평탕화된 반사방지막층을 피복하고 상기 기판의 후면에 형성된 n-형 도핑층에는 BSF층과 후면전극층을 함께 형성하고, 상기 기판의 전면에는 그리드 핑거 전극과 그리드 버스바아 전극을 인쇄하여 형성하여, 누설전류를 크게 줄임으로써 변환효율을 크게 향상시키는 것이다.
Description
본 발명은 누설전류 저감 기법을 이용한 다결정 실리콘 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다결정 실리콘 기판을 사용한 새로운 구조의 태양전지를 제작하여 기존의 단결정 규소 웨이퍼 보다 가격이 저렴하고 변환효율도 기존 단결정 태양전지에 근접할 수 있도록 한 누설전류 저감 기법을 이용한 다결정 실리콘 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지는 태양에너지를 직접 전기로 변환하는 전자소자이다. 그 기본적인 구조는 반도체 pn접합으로 구성되어 있다. 태양전지를 동작시키는 경우 외부에서 관측되는 조사치 않는 경우의 전형적인 전류-전압 특성(암전류)을 나타내는 태양전지에 태양광을 조사하면 암전류 역방향으로 광전류 Iph가 흐른다.
도 1은 일반적인 태양전지의 등가회로를 나타낸 것으로, 이상적으로는 Iph의 크기를 갖는 정전류원 및 다이오우드로 구성되나 이 직렬저항 Rs및 병렬저항 Rsh(누설 전류에 기인된 저항성분)로 나타낸다. 빛 조사와 저항성분이 없는 태양전지의 전류-전압 특성은
로 계산된다. 이 때 태양전지의 양단자에서 관측되는 전류(I)와 전압(V)의 관계는
와 같이 된다. 동일한 태양전지에서도 우리나라와 같이 조사강도가 약하고 Iph가 작은 범위에서는 다이오우드 전류 Id와 누설전류 Vd/Rsh가 같은 정도의 크기가 되기 때문에 Rs보다 Rsh의 영향을 받기 쉽기 때문에
으로 나타낸다. 즉, 누설전류에 기인한 낮은 병렬저항 Rsh는 광전류를 저감시키며 태양전지의 개방전압 또한
로 누설전류가 상승하고, 광전류가 저감하면 개방전압 또한 감소하여 태양전지 변환효율이 급격히 저하된다.
기존의 다결정 실리콘 태양전지에서는 광생성된 전류가 누설전류성분(Id)이 큰 값을 가지고 병렬저항(Rsh)성분이 낮기 때문에 태양전지의 출력 전류가 저하하여 효율 향상에 애로사항을 가지고 있었다. 대부분의 누설전류는 결정입계를 통해서 이루어지는 문제점을 가지고 있어 이를 제거하기 위해서 결정입계에 수소 패시베이션(passivation)을 하고, 2회에 걸쳐서 불순물을 주입하는 방안 등이 검토되고 있다.
다결정 태양전지에 누설전류를 삭감하기 위해서 가장 일반적으로 활용되고 있는 기술은 BSF(Back Surface Field) 태양전지 접근법이다. BSF 태양전지는 n+pp+구조인 태양전지로 캐리어의 재결합에 의한 누설전류를 줄여 광전류 Isc가 증가한다. 또 Isc의 증가, 다이오우드 재결합 및 누설전류의 감소는 Voc도 크게 개선하여 태양전지 에너지 변환효율이 증가된다. BSF 구조, 즉 n+pp+로 만들어지는 BSF 구조에서 암상태의 누설전류 Io는 일반형 pn접합 구조의 값보다 약 10배 정도 저하된다.
누설전류 축소의 다른 방안으로 Metal Insulator Semiconductor(MIS)와 같은 금속과 반도체의 중간에 산화물 등의 절연체를 활용하는 것이다(절연체에 의해 누설전류 특성 향상). 특히, 최근에는 중간층의 산화물의 두께를 대단히 얇은 약 15∼30ÅMIS 태양전지가 연구되어 주목을 끌고 있다. MIS 태양전지를 사용하면 개방전압은 대폭 개선되어 0.55∼0.6V가 된다. 산화막의 두께는 실험하는 사람에 따라 다소 차이가 있으나 15Å이하로 보고되고 있으나 어떻게 하든 이 조건에서 금속층과 반도체 표면 사이에 초박막의 절연층을 삽입하여 태양전지의 누설전류를 축소한다.
기존의 다결정 실리콘 기판은 결정입자 경계면에서 생성된 전위 장벽과 캐리어 트랩의 영향으로 변환효율이 감소하였다. 이를 극복하는 방안으로 결정입자 경계면에 우선적으로 식각을 수행하고 전극을 결정입계에 직접 초순수 금속을 진공증착법으로 형성하여 경계면에서의 악영향을 제거하는 방법을 시도되었다. 광에 의해 생성된 전자와 정공은 결정 경계면을 통과하지 않고 항상 경계면에서 직접 수집된다. 경계면은 상부에서 높은 도너불순물 주입을 하여 여분의 전자들이 존재하고 공핍층을 지나온 광생성된 전자들은 전자 트랩이 부재하므로 소수 반송자 수명시간은 길어지는 효과를 보이고 누설전류 또한 감축이 가능함을 보였다.
다결정 실리콘에 있어서 C, O, Fe, Ni, Cu, Au, Al 등과 같은 불순물은 다결정 성장시에 쉽게 포함 가능한 물질로 이러한 결함제거 기술은 태양전지 제조에서 한계기술로 고도의 공정이 필요하다. 이러한 결함들은 수소 플라즈마에 노출하여 저감가능하다. 이러한 불순물 저감을 위해서 수소 플라즈마를 사용하여 금속계열 불순물인 Fe, Cu, Cr 등의 깊은 준위 결함을 패시베이션(passivation) 가능한 것으로 알려지고 있다. 다결정 실리콘은 많은 수의 표면 결함을 가지기 때문에 표면결함 밀도 감소를 위해서 현재까지는 이를 저감하기 위해서 급속열처리 산화, 수소를 포함한 질화막, 수소화 등을 태양전지 제조 방법에 활용하고 있다. 현재의 대부분의 고효율 실리콘 태양전지는 수소를 포함한 실리콘 질화막을 이용하여 실리콘 표면과 실리콘 결정 내부결함 밀도를 줄여서 표면과 결정내부에서 재결합에 의한 누설전류를 줄여서 고효율 다결정 실리콘 태양전지를 제조하고 있다.
다결정 실리콘의 결정입계는 결함을 많이 포함하고 있어 pn접합 형성 공정인 도핑(doping) 시에 결정입계를 통해서 먼저 확산이 되고 결정입계로 누설전류와 낮은 병렬저항의 원인이 발생하였다. 이를 방지하기 위해서 먼저 저준위로 도핑을 낮은 온도 850도에서 수행하고, 표면에칭 과정을 거친 다음 다시 고준위로 도핑을 900도 이상의 온도에서 고농도의 불순물이 결정입계로 깊게 확산되는 것을 방지하여 누설전류를 개선하고 병렬 저항의 값도 큰값을 확보하였다.
도 2는 종래기술로 제조된 태양전지의 사진을 도시하였다. 다결정질은 결정입자 경계면으로 암상태에서 누설전류의 주요원인으로 작용하고 광생성된 전하에 캐리어 트랩으로 작용하여 태양전지 변환효율이 감소하였다.
누설전류를 방지하여 태양전지 병렬저항을 크게 하는 방안으로 MIS(Metal Insulator Semiconductor) 태양전지 접근법이 제시되었다. 그러나 절연막 두께를 약 15∼30Å 내외에서 재현성 있도록 양산하기에 어려움이 있어 실제 태양전지 양산은 이러한 구조로 이루어지지 못하고 있다.
기존의 결정입자 경계면에 우선적으로 식각을 수행하고 전극을 결정입계에 직접 형성하여 경계면에서의 악영향을 제거하는 방법은 소수 반송자 수명시간은 길어지는 효과를 보이고 누설전류 또한 감축이 가능하나, 결정입계를 광학적으로 식별하기가 어렵고 금속전극을 항상 순수한 금속을 사용해야 하므로 양산에 적합한 스크린 인쇄를 사용할 수 없었다. 스크린 인쇄를 적용하기 위한 마스패턴을 서로 다른 다결정 웨이퍼마다 제작하는 비용 상승과 스크린 인쇄시에 포함되는 저융점 금속 물질인 글래스 프릿(glass frit: PbO, Be2O3) 들이 먼저 결정입계에 흘러들어 누설전류를 오히려 상승시키기 때문에 초순수 금속 계열만 사용 가능하다는 문제점을 가지고 있었다.
현재의 대부분의 고효율 실리콘 태양전지는 수소를 포함한 실리콘 질화막을 이용하여 실리콘 표면과 실리콘 결정 내부결함 밀도를 줄여서 표면과 결정내부에서 재결합에 의한 누설전류를 줄여서 고효율 다결정 실리콘 태양전지를 제조하고 있다. 그러나 수소를 포함한 실리콘 질화막 제조장비가 고가이고 재현성과 진공을 유지해야하는 원천적인 문제로 인해 장비가동율과 고효율 태양전지 생산량에 한계를 갖는다. 또한, 2회에 걸친 저/고준위 도핑 처리기술은 공정증가로 인한 제조단가를 상승시키기 때문에 실용화에 어려움이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 결정입계를 통한 누설전류를 획기적으로 줄임으로써 변환효율을 상승시키고 그로 인해 제조비용을 크게 절감시킬 수 있도록 한 누설전류 저감 기법을 이용한 다결정 실리콘 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 태양전지의 등가회로를 도시한 회로도.
도 2는 종래기술에 의해 제조된 다결정 실리콘 태양전지 사진.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 다결정 실리콘 태양전지의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 다결정 실리콘 태양전지의 제조 공정도.
도 5는 본 발명에 따른 다결정 실리콘 태양전지를 제조하는 단계를 순서적으로 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : p-형 다결정 실리콘 기판
210, 220, 230 : 다결정 실리콘 결정입계
300, 310 : n-형 도핑층 400 : BSF층
500 : 후면전극층 600 : 반사방지막층
710, 720 : 전면 그리드 핑거 전극
730 : 전면 그리드 버스바아 전극
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다결정 실리콘 태양전지는 다결정 실리콘 결정입계를 갖는 p-형 다결정 실리콘 기판을 식각한 후, 상기 기판의 전면 및 후면에 n-형 도핑층을 형성하고, 상기 기판의 전면에 형성된 n-형 도핑층 상단에는 평탄화된 반사방지막층을 피복하고 상기 기판의 후면에 형성된 n-형 도핑층에는 BSF층과 후면전극층을 함께 형성하고, 상기 기판의 전면에는 그리드 핑거 전극과 그리드 버스바아 전극을 인쇄하여 형성한다.
본 발명에 따른 다결정 실리콘 태양전지 제조방법은 다결정 입계를 갖는 p-형 다결정 실리콘 기판을 준비하는 단계; 상기 다결정 실리콘 기판상에 잔존하고 있는 오염물질을 세정하고, 결정입계를 식각하는 습식에칭 단계; 습식에칭 후에 초순수 물로 세정하고 건조하는 단계; POCl3와 질소, 산소를 함께 공급하여 상기 다결정 실리콘 기판상에 n-형층을 형성하는 단계; 후면에 알루미늄 금속을 증착하여 600??에서 열처리를 하여 P+의 BSF층과 후면전극층을 동시에 형성시키는 단계; 절연기능과 반사방지막 기능을 동시에 수행하기 위해 평탄화된 반사방지막층을 형성하는 단계; 상기 p-형 다결정 실리콘 기판의 전면에 Ag 전극으로 그리드 핑거와 그리드 버스바아를 스크린 인쇄를 통해서 형성하는 단계; 및 온도를 조절하여 건조 후에 n-형 도핑층과 전극이 접촉되도록 740℃ 이상으로 가열하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 대해 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 있어서, 태양광 시스템의 지상 전력 응용에서 가장 큰 과제는 전지의 가격하락에 있다. 따라서, 본 발명은 실용화에 가장 타당한 대안으로 다결정 규소 기판을 사용한 새로운 구조의 태양전지를 제작하여 기존의 단결정 규소 웨이퍼 보다 가격이 저렴하고 변환효율도 기존 단결정 태양전지에 근접하는 방법에 대한 것이다.
단결정 규소 태양전지는 현재 최고 24%의 변환 효율을 보이고 있지만 전지 제작 면적이 제한되며, 제작 공정이 복잡하다. 상용화에 적용이 가능한 단결정 규소 웨이퍼로 제작된 태양전지는 현재 15cmX15cm 면적에서 15% 내외의 변환효율을 보이고 있다. 반면에 대면적으로 생산 가능한 비정질 규소박막 태양전지는 안정도와 에너지 변환효율에 한계를 보이고 있어 일본, 미국 등의 선진국에서도 그 소비가 줄고 있다.
따라서, 현재 많은 전문가들은 제작비가 저렴하며 효율이 비교적 높고 안정한 다결정 실리콘 태양전지를 미래의 유망한 태양전지로 보고 있다. 일본의 경우에도 기술개발과 생산량이 증가한 분야가 바로 이 분야이다. 다결정 실리콘은 쌍정(twins), 전위(dislocation) 등과 결정입계(grain boundary)를 많이 포함하고 있고 기판 내에 여러 방향의 결정이 함께 존재하기 때문에 결정입계를 통한 누설전류 증가와 태양전지 병렬저항 감소로 인한 태양전지의 광 변환 효율을 저하시킨다. 결정입계는 전위장벽을 형성하여 캐리어의 흐름에 장벽을 주거나 계면 내에 존재하는 트랩 때문에 빛에 의해 생성된 캐리어는 결정입계에서 재결합한다. 재결합은 다결정 태양전지의 소수 캐리어 수명을 단축하고 누설전류를 증가시키며 결국 에너지 변환효율을 감소시킨다.
또한, 본 발명에서는 저가의 제조비용, 대면적 조건을 만족시키기 위해 다결정 실리콘 기판을 사용하였다. 기존의 문제인 결정입계를 통한 누설전류를 획기적으로 줄여 변환효율을 상승하였다. 또한, 본 발명에서는 생산 단가가 낮고, 넓은 면적으로 성장이 가능한, 저가의 다결정 실리콘 웨이퍼를 사용하여 비정질 태양전지의 단점을 극복하고, 단결정의 면적과 제작비용 부담 문제를 해결하는 신형 다결정 실리콘 태양전지 제조방법으로 17%의 변환효율 달성 기술이다.
결국, 본 발명에 의해 저가의 고효율 태양전지가 제작되면 기존의 전력계통과 연계하여 가정용 전력, 전기자동차, 에어컨, 통신중계기와 같은 전력용품에 저렴한 전력공급이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 다른 누설전류 저감 기법을 이용한 다결정 실리콘 태양전지 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 다른 태양전지의 구성도로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 구조는 전면 결정입계 부분의 누설전류를 축소하기 위해서 결정입계를 우선 식각한 후에 결정 입계로 절연막이 두껍게 형성되고 상부 표면은 평탄화 된다. 즉, 본 발명의 태양전지는 다결정 실리콘 결정입계(210,220,230)를 갖는 p-형 다결정 실리콘 기판(100)을 식각한 후, 상기 기판(100)의 전면 및 후면에 n-형 도핑층(300, 310)을 형성한다. 그 후, 상기기판(100)의 전면에 형성된 n-형 도핑층(300) 상단에는 평탕화된 반사방지막층(600)을 피복하고 상기 기판(100)의 후면에 형성된 n-형 도핑층(310)에는 BSF층(400)과 후면전극층(500)을 함께 형성하고, 상기 기판(100)의 전면에는 그리드 핑거 전극(710, 720)과 그리드 버스바아(busbar) 전극(730)을 인쇄하여 형성한다.
이때, 상기 그리드 핑거 전극 및 그리스 버스바아 전극은 은(Ag)으로 제조되고, 상기 후면전극은 알루미늄(Al)으로 제조되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 태양전지는 다음과 같은 공정에 의해 제조된다.
도 4는 본 발명에 따른 다결정 실리콘 태양전지의 제조 공정도이고, 도 5는 본 발명에 따른 다결정 실리콘 태양전지를 제조하는 단계를 순서적으로 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 누설전류 저감 기법을 이용한 다결정 실리콘 태양전지 제조는, p-형 기판세정, 표면 세정(texture etching), POCl3를 사용한 1회 도핑처리, 측면 가장자리 n+ 층 제거, 절연막 평탄화(반사방지막 기능 동시 수행)처리, 후면 Al 전극형성, 및 전면 Ag 금속 전극형성을 통해 완성된다.
보다 구체적으로 살펴보면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 다결정 입계(210, 220, 230)를 갖는 p-형 다결정 실리콘 기판(100)이 준비되며, 상기 다결정 실리콘기판(100)은 두께가 350∼450㎛ 범위값을 가지고, 비저항은 0.1-10 Ω-cm, 크기는 100 mm X 100 mm에서 200 mm X 200 mm 사이의 값을 가진다.
도 5b는 상기 다결정 실리콘 기판(100)상에 잔존하고 있는 오염물질과 효율저하의 원인인 결정입계(210, 220, 230)를 식각하는 습식에칭 단계를 마치고 초순수 물에 세정하고 건조한다.
도 5c는 상기 다결정 실리콘 기판(100)상에 n-형층(300, 310) 형성을 위해서 POCl3와 질소, 산소를 함께 공급하여 850℃ 이상의 온도에서 25분간 확산처리하고 태양전지 가장자리 측면의 n-형 층을 분리한다.
도 5d는 후면에 알루미늄 금속을 증착하여 후면전극을 형성하는 것으로, 600??에서 열처리를 하여 P+의 BSF층(400)과 후면전극층(500)을 동시에 형성시킨다.
도 5e는 절연기능과 반사방지막 기능을 동시에 수행하는 박막으로서 반사방지막층(600)을 형성하는 것으로서, 그러한 물질로 티타늄 이소 프로포옥사이드(Titanium Iso propoxide[(CH3)2CH)]4Ti), 이소-프로필 알코올(IPA: Iso-Propyl Alcohol) 및 염산(HCl)을 적당비율로 조절하여 농도와 점도를 제어하여 절연 박막코팅에 평탄화가 되도록 한다. 다른 가능한 물질은 세륨산화물(Cerium oxide), 질산(HNO3) 및 염산(HCl)을 조합한 용액을 평탄화 코팅에 사용할 수 있다. 평탄화된 반사방지막층(600) 코팅방법은 스프레이나 스핀코팅 등을 통해서 구현가능 하다.
도 5f는 p-형 다결정 실리콘 기판(100)의 전면에 Ag 전극으로 그리드핑거(710, 720)와 그리드 버스바아(730)를 스크린 인쇄를 통해서 형성하고, 온도를 조절하여 건조 후에 740℃ 이상으로 가열하여 n-형 도핑층(300)과 전극(710, 720, 730)이 접촉되도록 하여 태양전지 제조를 완성한다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 누설전류 저감을 통한 다결정 실리콘 태양전지 제조방법은 기존 태양전지 보다 고효율 에너지 변환 달성이 가능하여 저가로 달성할 수 있다.
이러한 태양전지 응용상품은 기본적으로 전기로 움직일 수 있는 것이라면 모든 제품에 적용이 가능하다. 태양전지를 배터리나 인버터에 조합하면 언제 어디에서든지 손쉽게 햇빛에 충전하였다가 필요할 때 전기로 사용할 수 있다. 따라서 향후 다양한 형태의 태양전지 응용상품이 가능하다.
기존에 제품화된 상품을 중심으로 소비전력 규모에 따라 소규모, 중간 규모, 대규모 태양전지 응용 예로 구분가능하다. 소규모 응용제품은 사용 소모전력이 50 Wp 미만으로 본다면 태양전지를 응용한 제품군은 그 종류면에서 매우 다양한 것이 사실이다. 간단히 열거하면 탁상용 전자계산기, 손목시계, 리모콘, 완구, 랜턴, 휴대폰 비상전원, 이동 통신 단말기 비상전원, 교육용 실험제품, 휴대용 충전기, 노트북 전원, 지붕 기왓장, 창문 등의 건재, 전화, 라디오, 텔레비전, 소형 경광등, 미등, 형광등, 철도 선로 기름 공급기, 시설 원예, 버스 탑승역 미등, 제초기, 공중전화, 파라솔, 군용 무전기, 소형 선풍기, 어촌 부표등, 위험 경보기, 소형 광고판, 마이크로파 중계소 등의 통신용으로 사용 가능하다.
또한, 중규모 태양전지를 주택에 응용하는 시스템은 인버터를 함께 사용하여 기존의 전력선과 항상 병렬로서 운전하는 방식이기 때문에 소비자의 필요에 따라서 태양전지에서 발생되는 전기를 다른 쪽으로 되팔 수 있도록 하였다. 이런 장점 때문에 여러 국가에서 태양전지를 설치할 때 설치비용을 국가나 지방정부에서 보조하고 있다. 그 외에도 가로등, 오지나 섬지역의 간단한 발전시설, 산장, 절 등의 중간 규모 독립전원 응용이다. 이외에도 에어컨, 자동차, 비행기, 보트 같은 운송기관에도 태양전지의 응용개발이 착실히 전개되고 있으며, 농장용 양수 시스템, 촌락의 전기공급, 의료시설의 전원, 해수 담수화장치, 음극선 부식 방지 시스템, 깡통 압착기, 의료용 냉장고, 무인 자동판매기 등에 사용되고 있다.
태양전지는 직렬 또는 병렬로 연결하기만 하면 전력을 크게 할 수 있는 장점을 가지고 있어 10kWp 이상 수GWp까지 발전이 가능하다. 우주공간에 위치하는 인공위성에서도 그 전원으로 태양전지가 활용되고 있으며 이 때문에 위성방송을 즐길 수 있는 시대가 되었다. 공공건물 즉 학교, 시청, 구청, 동사무소와 일반 아파트 단지, 빌딩, 산업체 공장 건물 위에 대규모 태양광 발전시스템이 설치된 예를 볼 수 있다. 사막에 대규모 원자력 발전소 수기에 해당하는 수 Giga watt급 태양광 발전소를 설립하여 인접 국가들이 공유할 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 누설전류 저감 기법을 이용한 다결정 실리콘 태양전지 제조방법에 따르면, 본 발명의 태양전지는 전면 결정입계 부분의 누설전류를 축소하기 위해서 결정입계를 우선 식각한 후에 결정 입계로 절연막이 두껍게 형성되고 상부 표면은 평탄화 되기 때문에, 전기절연 기능과 광반사방지 기능을 동시 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술을 사용하면 기존의 태양전지 보다 에너지 변환효율이 크게 향상되고, 특히 태양광의 조사강도가 미약한 꾸름이 낀 날씨(36mW/cm2)나 태양의 직달광이 부족한 한국의 기후에 효율개선이 뛰어나다.
그리고, 기존공정에서 동일한 공정단계로 추가의 공정 없이도 고효율 다결정 실리콘 태양전지 제조가 가능하며, 태양전지의 변환효율을 12%대에서 15%이상 최대 17%까지 향상시킴으로써 기존의 태양전지보다 높은 전력을 얻을 수 있어 와트당 단가를 하락하여 태양전지 저가화가 가능하다. 따라서, 태양전지를 응용한 제품을 저가로 사용할 수 있게 되어 환경친화적이고 경제적인 전기에너지원을 확보할 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (9)
- 다결정 실리콘 결정입계(210,220,230)를 갖는 p-형 다결정 실리콘 기판(100)을 식각한 후, 상기 기판(100)의 전면 및 후면에 n-형 도핑층(300, 310)을 형성하고, 상기 기판(100)의 전면에 형성된 n-형 도핑층(300) 상단에는 평탕화된 반사방지막층(600)을 피복하고 상기 기판(100)의 후면에 형성된 n-형 도핑층(310)에는 BSF층(400)과 후면전극층(500)을 함께 형성하고, 상기 기판(100)의 전면에는 그리드 핑거 전극(710, 720)과 그리드 버스바아(busbar) 전극(730)을 인쇄하여 형성하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 태양전지.
- 제 1항에 있어서,상기 그리드 핑거 전극 및 그리스 버스바아 전극은 은(Ag)으로 제조되고, 상기 후면전극은 알루미늄(Al)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 태양전지.
- 다결정 입계(210, 220, 230)를 갖는 p-형 다결정 실리콘 기판(100)을 준비하는 단계;상기 다결정 실리콘 기판(100)상에 잔존하고 있는 오염물질을 세정하고, 결정입계(210, 220, 230)를 식각하는 습식에칭 단계;습식에칭 후에 초순수 물로 세정하고 건조하는 단계;POCl3와 질소, 산소를 함께 공급하여 상기 다결정 실리콘 기판(100)상에 n-형층(300, 310)을 형성하는 단계;후면에 알루미늄 금속을 증착하여 600??에서 열처리를 하여 P+의 BSF층(400)과 후면전극층(500)을 동시에 형성시키는 단계;절연기능과 반사방지막 기능을 동시에 수행하기 위해 평탄화된 반사방지막층(600)을 형성하는 단계;상기 p-형 다결정 실리콘 기판(100)의 전면에 Ag 전극으로 그리드 핑거(710, 720)와 그리드 버스바아(730)를 스크린 인쇄를 통해서 형성하는 단계; 및온도를 조절하여 건조 후에 n-형 도핑층(300)과 전극(710, 720, 730)이 접촉되도록 740℃ 이상으로 가열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 태양전지 제조방법.
- 제 3항에 있어서,상기 다결정 실리콘 기판(100)은 두께가 350∼450㎛ 범위값을 가지고, 비저항은 0.1∼10 Ω-cm의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 태양전지 제조방법.
- 제 3항에 있어서,상기 n-형층을 형성하는 단계는 상기 다결정 실리콘 기판을 850℃ 이상의 온도에서 25분간 확산처리하고, 태양전지 가장자리 측면의 n-형 층을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 태양전지 제조방법.
- 제 3항에 있어서,상기 평탄화된 반사방지막층(600)을 형성하는 단계에서, 반사방지막층 형성물질은 티타늄 이소 프로포옥사이드(Titanium Iso propoxide[(CH3)2CH)]4Ti), 이소-프로필 알코올(IPA: Iso-Propyl Alcohol) 및 염산(HCl)을 혼합한 용액인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 태양전지 제조방법.
- 제 3항에 있어서,상기 평탄화된 반사방지막층(600)을 형성하는 단계에서, 반사방지막층 형성물질은 세륨산화물(Cerium oxide), 질산(HNO3) 및 염산(HCl)을 혼합한 용액인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 태양전지 제조방법.
- 제 3항에 있어서,상기 평탄화된 반사방지막층(600)을 형성하는 단계에서, 반사방지막층의 코팅은 스프레이코팅방식에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 태양전지 제조방법.
- 제 3항에 있어서,상기 평탄화된 반사방지막층(600)을 형성하는 단계에서, 반사방지막층의 코팅은 스핀코팅방식에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 태양전지 제조방법.
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